C语言数组实现约瑟夫环问题,以及对其进行时间复杂度分析

2023-05-13,,

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尝试表达

本人试着去表达约瑟夫环问题:一群人围成一个圈,作这样的一个游戏,选定一个人作起点以及数数的方向,这个人先数1,到下一个人数2,直到数到游戏规则约定那个数的人,比如是3,数到3的那个人就离开这个游戏;按这样的规则,剩下一个人,游戏就结束,这个人就为赢家。(读者可以试着表达,不认同,直接忽略)

抽象分析

这个人就是一个数据个体,数据结点,数据元素。上面产生的数据结构为:单方向循环的链。可以用链表实现,也可以用数组来实现。

链表到数组的迁移

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人(数据元素、

数据结点、数据个体)

结点关系

(结构关系

结点移动)

范型“指针”定义

:能够定位到下一个结点(变)

“指针“

移到下一个结点

拿到下一个结点的”指针“即可,一般都有作“移动”变量,移动变量变,就相当于移动。

删除结点

数组

连续的数组元素(基本数据类型,机构体)

数组元素里面保存有下个结点元素的数组元素下标position。

arrayname固定的,只要给出position,就可以算是定位到数组元素

≈poisiton

[]

move
=array[move]

元素内容
=
-1

(数组的大小固定)

链表

离散的链表结点(结构体)

结构体里面保存有下一个结点的指针
node*
next

poiter直接定位到结点,在结合常员变量,就可以拿到数据

=poiter

->

move
= move -> next

销毁

画图分析:

代码实现:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> /*Function:遍历数组实现的约瑟夫环。traverse_joseph_circle_array
*param:int[] array,int tail
*return: void
* 假设是用数组实现的约瑟夫环链一定存在。
* */
void traverse_joseph_circle_array (int array[], int tail ){
//数组保存的是下个结点的“指针”,只不过这个指针要通过array才能够拿到结点的元素,因为array是固定的,只要变换指针就能够变换结点。
int move= array [tail] ;//从头开始遍历
do{
printf ("%d ;",move) ;//数组的元素位置(下标号)就代表这个结点,链表是通过结点里面的元素,
move = array[move];
}while ( move != array [tail]);
printf("\n");
}
/*Function:约瑟夫环问题的数组实现。eliminate_array
*param:int[]array,int tail, int step
*return: void
* */
void eliminate_array1 (int array[], int tail ,int step ){
int move = tail ;
int save_previous = move ;
int count = ;
while(move != array[move]){
save_previous = move ;
move = array [move];
if(++ count == step){ //数数
array[save_previous] = array[move] ;//重构链
if( tail == move) tail = save_previous;//销毁前,判断要不要更新新约瑟夫环
printf("当前要删除的结点:%d \n",move);//销毁前告知用户
array[move]= - ;//销毁
printf("当前的约瑟夫环为:\n") ;
traverse_joseph_circle_array (array,tail);
count = ;
move = save_previous ; }
}
}
/*Function:约瑟夫环问题的数组实现。eliminate_array
*param:int[]array,int tail, int step
*return: void
* */
void eliminate_array2 (int array[], int tail ,int step ){
int move = tail ;
int save_previous = move ;
int count = ;
//每执行一此循环,删除一个结点。
while (move != array[move]){ save_previous = move ;
move = array[move]; // 移动到要删除的结点
for (count = ; count < step - ; count++){
move = array[move] ;
}
//删除结点,重构约瑟夫环,更新tail
array[save_previous] = array[move] ;//重构链
if( tail == move) tail = save_previous;//update tail
printf("当前要删除的结点:%d \n",move);//销毁前告知用户
array[move]= - ;//销毁
printf("当前的约瑟夫环为:\n") ;
traverse_joseph_circle_array (array,tail); //移动回消除结点的上一个结点,回到初态,即将进行下一轮的游戏。
count = ;
move = save_previous ; } }
int main(){
//创建有6个结点的约瑟夫环int array[6];
int array[];
int length = sizeof(array)/sizeof(int);
int ctl ;
for (ctl = ; ctl < length - ;ctl ++){
array[ctl] = ctl + ;
}
array [length -] = ;
traverse_joseph_circle_array(array,length-);
int tail = length -;
//eliminate_array1(array ,tail ,3) ;
eliminate_array2(array ,tail ,) ;
return ;
}

结果:

 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ; ; ; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ; ; ; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
; ;
当前要删除的结点:
当前的约瑟夫环为:
;

时间复杂度分析:

本人推荐使用第二种算法来作,对于时间复杂度,要通过逻辑思考,要删除(n-1)个结点,循环执行(n-1)次,内循环执行k=step 次,这个k可能很大;还有在外循环,与内循环无关的,必须执行的某些语句,执行次数为c,表达式为:(n-1)(k+c)=nk +nc -k -c ,表达为:n*k  -  c0 * n - c1 *k  ,大O表达为:O(nk)

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C语言数组实现约瑟夫环问题,以及对其进行时间复杂度分析的相关教程结束。

《C语言数组实现约瑟夫环问题,以及对其进行时间复杂度分析.doc》

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